斯坦福大学开发了一种从有毒土壤中冲洗重金属的实验方法

当有毒的重金属如铅和镉从工厂或矿山中逸出时，它们会污染附近的土壤。由于没有简单的方法来清除这些污染物，必须用警戒线隔开农田，以防止这些毒素进入威胁人类和动物健康的食物链。

据美国环境保护局(Environmental Protection Agency)称，全国数千个地点都发现了重金属。虽然一些污染已经通过联邦、州和私人的共同努力得到清理，但仍然需要新技术来解决重金属污染问题。

现在，由斯坦福大学材料科学家崔毅(音译)领导的一个研究小组发明了一种方法，用一种有点像煮咖啡的化学方法来清洗污染土壤中的重金属。

正如他们6月4日在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上所描述的那样，研究人员首先用水和一种能吸收重金属的化学物质的混合物来冲洗受污染的土壤。当这种混合物渗入土壤时，这种化学物质就会把重金属释放出来。然后，研究小组成员收集了这种有毒物质，并将其通过电化学过滤器过滤，从水中捕获重金属。通过这种方式，他们清理了土壤中的重金属，并回收了水和化学混合物，使其渗入污染更严重的土壤。

“这是一种新的土壤清理方法，”崔说，他是材料科学、工程学和光子科学的教授。“我们的下一步是进行试点测试，以确保实验室的方法在实际应用中是可行的，并计算出这一过程的成本。”

到目前为止，他的团队已经清理了铅和镉污染的土壤，铅和镉是两种常见且危险的有毒物质，而铜只有在高浓度时才有危险。崔认为，这种化学清洗和电化学过滤的过程将适用于其他危险的重金属，如汞和铬，但需要进一步的实验室实验来证明这一点。

不再有献祭的植物

崔说，这个项目开始于两年前，当时他和研究生徐锦伟就如何解决这个基本问题进行了头脑风暴:重金属会附着在土壤上，几乎无法分离。崔说，今天的清理工作可能包括挖出受污染的土壤，并把它们隔离在某个地方。农业研究人员还开发了植物修复技术——在受污染的土壤中种植牺牲植物来吸收重金属，然后收获这些作物，并将它们送到提取和处理设施。但植物修复可能需要多年的反复收获。

为了寻找一种快速、经济的方法从受污染的土地中提取重金属，研究人员尝试用白水清洗有毒土壤样本。他们很快意识到，白水不能破坏重金属和土壤之间的化学键。他们需要一些添加剂把污染物撬松。他们在一种名为EDTA的常见化学物质中找到了答案。

回想起来，EDTA是显而易见的选择，因为同样的化学物质也被用于治疗铅中毒或汞中毒的患者。带负电荷的EDTA与带正电荷的重金属颗粒结合得如此紧密，以至于会从患者的组织中提取铅或汞。研究人员推断，当EDTA在水中溶解时，它的负钩会将土壤中的重金属剥离。实验证明了这一点。当edta处理过的水渗过受污染的土壤时，它把重金属带走了。

但团队的工作只完成了一半。土壤是干净的，但经过处理的水仍然有毒。他们需要一种方法，将EDTA从漂洗水中的重金属中分离出来，一劳永逸地捕获这些毒素。

分离重金属

科学家们知道即使EDTA捕获了带正电荷的金属粒子，它仍然保持着强烈的负电荷。因此，研究人员建立了一个具有电和化学性质的筛子，将带负电荷的EDTA和带正电荷的重金属分开。结果是分离出重金属和水和EDTA的混合物，准备净化更多的土壤。

除了铅和镉，研究人员还在铜上测试了这一过程，而铜只有在高浓度下才有危险。接下来崔想要在其他重金属上进行实验，比如汞，这种有毒的重金属需要特殊的处理来保护研究人员。但他认为这种化学方法非常可靠，他对实验室的成功充满信心。更大的问题是，这种方法能否扩大到处理数吨受污染的土壤。研究人员试图通过斯坦福大学技术许可办公室(Stanford Office of Technology Licensing)为这一过程申请专利，并希望找到机会在受污染的领域开展试点项目。

“我们真的没有很好的重金属修复技术，”崔说。“如果这被证明在大规模上是可行的，那将是一个重大进展。”

崔毅，美国高等法院能源研究所高级研究员，斯坦福大学生物x和吴蔡神经科学研究所成员。斯坦福大学的其他作者还包括材料科学与工程的博士后学者吴彤、唐静和刘凯。前斯坦福大学研究员刘冲、徐伯春和赵杰也参与了这项研究。

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